[发明专利]一种基于FPGA视觉测量技术的多轴电机控制系统

说明书

技术领域

本发明属于电子控制系统领域，尤其涉及一种基于FPGA视觉测量技术的多轴电机控制系统。

背景技术

现代工业的快速发展对电机控制系统提出了新的要求。在诸如机器人系统、火炮控制系统和其他自动化控制领域都要求更加紧凑、高效、精确稳定和快速升级的电机控制系统。我国电机控制系统尽管在某些关键技术上有所突破，但还缺乏整体核心技术的突破，例如：整体系统不够稳定可靠，信息采集测量装置比较简单、落后，缺乏高精密、高速的减速电机和伺服电机，缺乏智能化的驱动器和控制器等关键部件，这些核心技术对整个控制系统的性能指标起着关键作用。

发明内容

本发明要解决的技术问题：提供一种基于FPGA视觉测量技术的多轴电机控制系统，以解决现有技术的多轴电机控制系统信息采集测量装置比较简单、控制精确性、可靠性、智能化程度方面的不足等问题。

本发明技术方案：

一种基于FPGA视觉测量技术的多轴电机控制系统，它包括摄像头、FPGA器件、驱动器和电机，摄像头与FPGA模块导线连接，FPGA模块与驱动器导线连接，驱动器与驱动电机导线连接。

摄像头为CMOS图像传感器。

FPGA器件为Altera公司生产的EP2C70F896C6N芯片，FPGA器件内部包括硬件逻辑电路实现的实时图像采集单元、目标视觉测量单元、控制信号调节单元和PWM生成电路单元。实时图像采集单元与目标视觉测量单元连接，目标视觉测量单元与控制信号调节单元连接，控制信号调节单元与PWM生成电路单元连接。

FPGA器件内部的实时图像采集单元包括I2C传感器配置、CMOS传感器数据采集、BayerPattern转RGB格式、多端口SDRAM控制器等模块。

FPGA器件内部的目标视觉测量单元包括视频图像预处理、目标检测、目标形心定位提取。

FPGA器件内部的控制信号调节单元包括Motorcontrol和controlmotor功能模块。

驱动器包括光电耦合隔离单元，光电耦合隔离单元与驱动放大电路导线连接。

电机为步进电机。

本发明的有益效果：

本发明通过摄像头摄取图像作为检测和传递信息加以利用，从图像中提取有用的信号，通过处理被测图像而获得所需的各种参数，它具有非接触、全视场测量、高精度和自动化程度高等特点，可以增强多轴电机控制的感知功能，提高电机控制的智能化程度，扩大其作业范围；这种能力不仅使多轴电机控制系统能感知环境中物体的形状、位置、姿态、运动等几何信息，而且能对他们进行描述、存储、识别和理解；此外，FPGA器件具有结构灵活，内部逻辑功能可以根据需要进行配置，修改和维护方便等特点，适于模块化设计。FPGA模块的并行执行、硬件实现的方式可以满足多轴电机控制系统设计中大量的高速电子线路设计需求，缩短了多轴电机控制系统设计周期，免去昂贵的开发费用，而且可以随时增加、删减功能，达到规避设计风险，回避芯片厂商的限制，解决了现有技术的多轴电机控制系统信息采集测量装置比较简单、控制精确性、可靠性、智能化程度方面的不足等问题。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明驱动器电路结构示意图。

具体实施方式

一种基于FPGA视觉测量技术的多轴电机控制系统，它包括摄像头、FPGA器件、驱动器和电机，摄像头与FPGA模块导线连接，FPGA模块与驱动器导线连接，驱动器与驱动电机导线连接，如图1所示。FPGA器件内部包括硬件逻辑电路实现的实时图像采集单元、目标视觉测量单元、控制信号调节单元和PWM生成电路单元。驱动器包括光电耦合隔离单元，光电耦合隔离单元与驱动放大电路导线连接。

摄像头为CMOS图像传感器，摄像头采用Terasic公司提供的TRDB-D5M摄像头。TRDB-D5M摄像头具有500W像素，可通过通用输入输出口GPIO与FPGA主板相连接。

FPGA器件内部的实时图像采集单元包括I2C传感器配置、CMOS传感器数据采集、BayerPattern转RGB格式、多端口SDRAM控制器等模块，该模块实现摄像头实时视频图像的采集及存储。

FPGA器件内部的目标视觉测量单元包括视频图像预处理、目标检测、目标形心定位提取，该模块实现前级摄像头采集的实时视频图像中目标提取，输出目标实时形心位置（o_X、o_Y）。